BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
B. Pembahasan
Pengukuran konsentrasi gas etilen hasil emisi sepeda motor dengan nomor
mesin F405ID488879 dan 2S6342838 dilakukan menggunakan detektor
fotoakustik berbasis laser CO2. Hal ini disebabkan karena gas etilen merupakan
salah satu gas yang memiliki koefisien serapan yang sangat tinggi di daerah operasi laser CO2. Dengan digunakannya laser CO2 sebagai sumber cahaya pada
detektor fotoakustik menjadikan detektor fotoakustik sangat sensitif untuk mendeteksi gas etilen.
Detektor fotoakustik dapat mendeteksi gas etilen jika terjadi penyerapan tenaga laser CO2 oleh gas etilen yang ada di dalam sel fotoakustik. Molekul gas
etilen akan mengalami proses eksitasi dengan menyerap tenaga laser CO2.
Molekul gas etilen yang telah berada pada tingkat energi eksitasi kemudian akan mengalami proses deeksitasi. Pada saat proses deeksitasi, molekul gas etilen melepaskan tenaga eksitasinya secara non radiasi. Kemudian terjadi transfer
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
tenaga dari tenaga eksitasi molekul gas etilen menjadi tenaga translasi molekul gas lain yang ditumbuk oleh molekul gas etilen. Molekul gas lain yang mendapat transfer tenaga dari molekul gas etilen akan mengalami kenaikan tenaga translasi. Kenaikan tenaga translasi ini menyebabkan terjadinya kenaikan suhu dan tekanan. Jika berkas laser dimodulasi menggunakan chopper maka tekanan di dalam sel fotoakustik akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan secara periodik ini akan menimbulkan bunyi yang akan terukur oleh mikrofon. Keluaran dari mikrofon merupakan sinyal akustik. Sinyal akustik ini kemudian akan diperkuat menggunakan lock – in amplifier.
Lock – in amplifier dalam detektor fotoakustik dapat digunakan untuk mengeliminasi pengganggu yang menyertai sinyal akustik. Hal ini dikarenakan
lock – in amplifier dapat mengunci satu nilai frekuensi sinyal, sehingga hanya sinyal dengan frekuensi tersebut yang akan diperkuat. Pengganggu yang frekuensinya tidak sama dengan frekuensi sinyal akan dieliminasi.
Selain mengandung gas etilen, gas buang sepeda motor juga mengandung berbagai jenis gas lain. Keberadaan berbagai jenis gas ini dapat mengganggu pengukuran konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor. Gas pengganggu tersebut adalah CO2 dan H2O. CO2 dan H2O dapat menyerap radiasi laser CO2
pada posisi garis laser CO2 tertentu [Rooth et.al, 1990]. Semakin besar konsentrasi
CO2 dan H2O maka radiasi laser CO2 semakin banyak yang terserap sehingga
daya laser pun bisa habis terserap. Selain itu, CO2 dapat mempengaruhi besar
sudut fase dan amplitudo dari sinyal akustik [Rooth et.al, 1990].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Supaya tidak mengganggu pengukuran, CO2 dan H2O perlu ditapis. CO2
dan H2O ditapis supaya tidak berinterferensi dengan gas etilen. Dengan demikian
dapat diyakini bahwa sinyal yang terukur memang milik gas etilen. CO2 ditapis
menggunakan KOH, sedangkan H2O ditapis menggunakan CaCl2 [Santosa, 2002].
Untuk membuktikan bahwa KOH dan CaCl2 dapat digunakan untuk
menapis CO2 dan H2O, dilakukan pengukuran konsentrasi CO2 dan H2O dengan
adanya penambahan KOH dan CaCl2 pada cuvet tabung U. Pada pengukuran ini,
bagian cuvet tabung U yang terhubung dengan flowcontroller diisi dengan KOH
sedangkan bagian cuvet tabung U yang terhubung dengan sensor H2O diisi
dengan CaCl2.
Gas buang yang telah diatur kecepatan alirannya menggunakan
flowcontroller mengalir melewati KOH dan CaCl2. CO2 akan diserap oleh KOH,
sedangkan H2O akan diserap oleh CaCl2. Dari sensor CO2 dan H2O terlihat bahwa
konsentrasi CO2 dan H2O mengalami penurunan. Penurunan konsentrasi CO2 dan
H2O menunjukkan adanya penapisan CO2 dan H2O. Hal ini membuktikan bahwa
KOH dan CaCl2 dapat digunakan untuk menapis CO2 dan H2O. Hasil penapisan
terhadap CO2 dan H2O menunjukkan bahwa konsentrasi CO2 dan H2O yang
diperoleh telah sesuai dengan konsentrasi CO2 dan H2O saat kalibrasi.
Setelah pengganggu berupa CO2 dan H2O ditapis menggunakan KOH dan
CaCl2,selanjutnya dilakukan kalibrasi. Di dalam kalibrasi, nilai input yang akan
diukur divariasi dan nilai parameter – parameter input dibuat tetap. Input dalam pengukuran adalah sinyal ternormalisir. Sedangkan parameter – parameter input diantaranya adalah konstanta sel fotoakustik, posisi garis laser serapan etilen,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
koefisien serapan gas etilen, kecepatan aliran gas yang digunakan, jenis gas pembawa, frekuensi resonansi medium di dalam sel fotoakustik, serta konsentrasi CO2 dan H2O.
Kalibrasi dilakukan melalui dua tahap, yaitu: pengukuran sinyal ternormalisir untuk menentukan posisi garis laser serapan etilen dan pengukuran konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran sinyal ternormalisir untuk penentuan posisi garis laser serapan etilen penting dilakukan. Hal ini disebabkan karena pada posisi garis laser tersebut gas etilen paling banyak menyerap radiasi laser CO2.
Dengan kata lain, pada posisi garis laser tersebut detektor fotoakustik paling sensitif untuk mendeteksi gas etilen.
Pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan 2 kali pada posisi steppermotor 6500 – 7200. Pengukuran pertama dilakukan pada saat sel fotoakustik dialiri gas udara, sedangkan pengukuran kedua dilakukan pada saat sel fotoakustik dialiri gas etilen 0,853 ppm dari tabung. Dari kedua pengukuran tersebut dapat diketahui bahwa terdapat pertambahan tinggi sinyal ternormalisir. Posisi garis laser dengan pertambahan sinyal ternormalisir tertinggi merupakan posisi garis laser serapan etilen, yaitu garis laser 10P14. Garis laser 10P14 yang diperoleh pada pengukuran ini terdapat pada saat steppermotor berada pada posisi 6542.
Untuk menghindari dan mengeliminasi gangguan serapan dari molekul lain perlu dilakukan pengukuran pada beberapa posisi garis laser. Pada penelitian ini terdapat dua jenis gas yang terukur yaitu gas etilen dan gas pengganggu. Oleh karena itu, perlu digunakan dua posisi garis laser. Pengukuran tidak hanya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
menggunakan garis laser 10P14, melainkan juga menggunakan garis laser 10P16. Garis laser 10P16 yang diperoleh pada pengukuran ini terdapat pada posisi 6628.
Setelah posisi garis laser serapan gas etilen diketahui, kemudian dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen standar 0,853 ppm. Gas etilen standar 0,853
ppm dialirkan menuju detektor fotoakustik mengikuti Gambar 3.3. Gas etilen
0,853 ppm diperoleh dari pencampuran gas udara yang memiliki kecepatan aliran 27,4 ml/mntdengan gas etilen 10 ppm yang memiliki kecepatan aliran 2,6 ml/mnt. Pengukuran konsentrasi gas etilen standar 0,853 ppm dilakukan selama 0,30 jam. Hasil pengukuran konsentrasi etilen standar 0,853 ppm adalah sebesar (853 ± 15)
ppb, ditunjukkan dalam Gambar 4.5 dan Lampiran 1.
Setelah kalibrasi, selanjutnya dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel. Pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel dilakukan pada kondisi yang sama dengan kondisi saat kalibrasi. Pengukuran pertama dilakukan pada gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM. Pengukuran ini dilakukan selama 0,28 jam mengikuti Gambar 3.1 dan menghasilkan konsentrasi gas etilen sebesar (199 ± 6)
ppb.
Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan
nomor mesin F405ID488879dengan putaran mesin 1000 RPM ditunjukkan dalam
Gambar 4.6 dan Lampiran 2. Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen kembali, sel fotoakustik dibersihkan terlebih dahulu. Pembersihan dilakukan dengan mengalirkan gas udara ke dalam sel fotoakustik selama 0,17 jam mengikuti Gambar 3.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
Pengukuran selanjutnya adalah pengukuran konsentrasi gas etilen dari
sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879 dengan putaran mesin
3500 RPM. Pengukuran ini dilakukan selama 0,27 jam. Pengukuran ini menghasilkan gas etilen dengan konsentrasi (481 ± 6) ppb, ditunjukkan dalam Gambar 4.7 dan Lampiran 3.
Kemudian dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda
motor dengan nomor mesin 2S6342838. Sebelum dilakukan pengukuran tersebut,
sel fotoakustik dibersihkan dengan cara dialiri gas udara. Gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 kemudian diukur konsentrasinya selama 0,32 jam. Konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 adalah (2711 ± 15) ppb, ditunjukkan dalam Gambar 4.8 dan Lampiran 4. Perbandingan konsentrasi gas etilen yang diperoleh dari sepeda
motor dengan nomor mesin F405ID488879 dan sepeda motor dengan nomor
mesin 2S6342838 ditunjukkan dalam Tabel 4.1.
Dari seluruh hasil pengukuran yang diperoleh dapat diketahui bahwa detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dapat digunakan untuk mendeteksi gas
etilen. Gas etilen yang terdeteksi ini memiliki konsentrasi yang sangat kecil, yaitu berorde ppb (part per billion, 1:10-9). Kemampuan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 untuk mendeteksi gas etilen dengan konsentrasi yang sangat kecil ini
menunjukkan bahwa detektor fotoakustik berbasis laser CO2 memiliki sensitivitas
yang tinggi.
Hasil pengukuran menunjukkan bahwa di dalam gas buang sepeda motor terkandung gas etilen. Gas etilen dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
bensin. Produksi gas etilen ini dipengaruhi oleh besarnya putaran mesin sepeda motor. Semakin besar nilai putaran mesin motor, semakin banyak pula konsumsi bahan bakar bensin. Hal ini menyebabkan gas etilen yang diproduksi semakin banyak. Pengaruh putaran mesin sepeda motor ditunjukkan dalam pengukuran
menggunakan sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879. Hasil
pengukuran gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin
F405ID488879 dengan putaran mesin 1000 RPM dan 3500 RPM menunjukkan
bahwa ketika nilai putaran mesin semakin besar, konsentrasi gas etilen yang dihasilkan pun semakin besar.
Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepedamotor dengan nomor mesin F405ID488879 yang berbahan bakar premium dapat dibandingkan pula dengan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838yang berbahan bakar premium + pil booster. Gas etilen yang berasal dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin 2S6342838 memiliki konsentrasi yang lebih besar dibandingkan gas etilen yang berasal dari sampel sepeda motor dengan nomor mesin F405ID488879. Dengan demikian dapat diketahui bahwa dengan adanya perbedaan bahan bakar yang digunakan menyebabkan perbedaan konsentrasi gas etilen yang dihasilkan. Dari seluruh hasil pengukuran dapat diketahui bahwa konsentrasi gas etilen dari gas buang sepeda motor dipengaruhi oleh putaran mesin dan jenis bahan bakar yang digunakan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43